Chương 2: Điều chế tương tự

Chƣơng 2
ĐIỀU CHẾ TƢƠNG TỰ

2.1 Mô hình hoá hệ thống:
Định nghĩa: biễu diễn mối quan hệ giữa các đặc trưng của tín hiệu ở đầu vào và đầu ra của
hệ thống tuyến tính.
- Xét hệ thống tuyến tính có đáp ứng xung là k(t) và hàm truyền đạt
)(

K
, x(t) là ngõ vào,
y(t) là ngõ ra.
- Sơ đồ khối hệ thống tuyến tính:

Hình 2.1: sơ đồ khối hệ thống tuyến tính
- Quan hệ ngõ ra - vào:
)(*)()( txtkty 

)().()(

XKY 

Giá trị biên độ:
)(.)()(

XKY 

Giá trị góc pha:
)(arg)()(arg


x(t)
)(

X

)(
)(

K
tk

Chương 2: Điều chế tương tự

4) Trong điều chế xung – số thì tần số lấy mẫu f
mẫu

max
2F

Phân loại điều chế:
+ Điều chế tương tự: AM, FM, PM, SSB, DSB.
+ Điều chế số: ASK, FSK, PSK, QPSK,…
+ Điều chế xung: PAM (Pulse Amplitude Modulation)
PWM (Pulse Width Modulation)
PPM (Pulse Position Modulation)
PCM (Pulse Code Modulation)
2.2.3 Điều chế biên độ AM (Amplitude Modulation)
2.2.3.1 Điều chế AM:
- Định nghĩa: biên độ sóng mang cao tần tỷ lệ với tín hiệu điều chế băng gốc gọi là điều chế


Hình 2.4: điều chế AM đơn âm.
anten
Sóng mang
tVtx
ccc

cos)( 

Tín hiệu băng gốc
tVtm
mm

cos)( 

Điều chế
AM mức
cao
KĐCS cao tần
t
m(t)

V
m
t
Sóng mang
V
AM
(t)


; trong đó V
m
là giá trị biên độ tín hiệu băng gốc,
m

là
tần số gốc tín hiệu băng gốc.
Tín hiệu sóng mang:
tVtx
ccc

cos)( 
; trogn đó V
c
là giá trị biên độ sóng mang và
c

là tần
số sóng mang. Lưu ý:
c

rất lớn hơn nhiều
m

.
- Khi chưa có tín hiệu băng gốc đưa vào (V
m
=0), nghĩa là máy phát hoạt động ở chế độ
sóng mang, khi đó ngõ ra có dạng:
tVtV

Hệ số điều chế:
minmax
minmax
VV
VV
V
V
m
c
m
A



(2.2)
Để tín hiệu điều chế AM không bị méo thì điều kiện:
1
A
m

Biến đổi công thức (2.1), dùng công thức biến đổi lượng giác ta được:
 
ttm
V
tVtV
mcmcA
c
ccAM
)cos()cos(
2


Vẽ phổ AM điều chế đơn âm:

Hình 2.5: Phổ tín hiệu điều chế AM.
LSB: Lower Side Band.
USB: Upper Side Band.
- Cơng suất ra ở chế độ sóng mang:
eq
c
c
R
V
P
2
2


Trong đó: V
c
là giá trị biên độ sóng mang.
R
eq
là tải tương đương
- Cơng suất ngõ ra AM lớn nhất:
)
2
1(
2
A
cAM

eq
R
.


V
c
2
A
m
V
c
2
A
m
V
c
mc



c


mc



Phổ biên
dưới LSB

60
2
20100
2
minmax






Cụng sut súng mang:
36
50*2
60
2
2
2

eq
c
c
R
V
P
W
Cụng sut ngừ ra mỏy phỏt AM:
44)2/
3
2

=0.2, m
A2
=0.3 ln lt
l cỏc h s ca tớn hiu tn s F
1
=5KHz v F
2
=15KHz. Tớnh cụng sut súng mang v cụng
sut ngừ ra AM, v ph AM.
Bi tp v nh 2: cho tớn hiu iu ch AM nh hỡnh 2.6. Tớnh h s iu ch, v ph biờn
bit tn s súng mang l 100KHz v tn s tớn hiu bng gc l 15KHz. Hỡnh 2.6: tớn hieọu ủieu cheỏ AM
2.2.3.2: Nhn xột iu ch AM:
- Cụng sut mang khụng ti tin thỡ chim nhiu.
- Cụng sut cao tn ti tin nh hai biờn nh nhau v ph thuc vo h s iu ch m
A
.
- Bng thụng cn truyn ln gp ụi cn thit nờn phớ v tng nhiu.
- Xột v tớnh hiu qu s dng cụng sut cao tn kộm.
- Tớnh chng nhiu kộm.
t
V
AM
(t)

80V
x
c
(t)
C
out
tVtm
mm

cos)( 

R
2
R
1
tVtx
ccc

cos)( 

R
3
D

C

L

C

Ngo ra


Hình 2.10: Mạch giải điều chế AM dùng Diode
+ Ở bán chu kỳ dương, D
1
dẫn, C
1
nạp đến giá trị biên độ tín hiệu cao tần.
+ Ở bán chu kỳ âm, D
1
tắt, tụ C1 xả qua R
1

Diode D
1
tách sóng nửa bán kỳ biên độ tín hiệu cao tần IF. Với sự lựa chọn R
1
C
1
thích hợp,
điện áp trên tụ C
1
có dạng đường bao cao tần là tín hiệu giải điều chế AM:
1max
2
1
2
1
1
Rf
m

R
2
C
4
Giải điều chế AM
KĐCS
cao tần
anten
Loại bỏ
sóng
mang
Tín hiệu
băng gốc
Loa
Bộ
lọc
Chương 2: Điều chế tương tự

2.3 Điều chế đơn biên SSB (Single Side Band):
- Định nghĩa: điều chế đơn biên SSB là quá trình điều chế tạo một biên tần (biên trên hay
biên dưới) của tín hiệu AM.
- Cách tạo SSB:

Hình 2.11: Phổ của các tín hiệu điều chế AM, DSB, và SSB.
- Băng thông BW
SSB
=f
m
- Sóng mang phụ tín hiệu SSB từ 100KHz đến 500KHz. Thông thường chọn 100KHz, hay
200KHz.


mc



AM


2
A
m
V
c
2
A
m
V
c
mc

mc



DSB



2
v
out
x
c
(t)

D
3
-D
4
dẫn;
D
1
-D
2
tắt

m(t)
D
1
D
2
T
1
T
2
v
out
x

2
v
out
x
c
(t) tín hiệu sóng mang

Chương 2: Điều chế tương tự - Ứng dụng: trong phát thanh FM, đổi tần, điều chế số BPSK.
Giả sử sóng mang vuông có dạng:
tnf
n
tftftx
cccc
)(2sin
1
)3(2sin
3
1
2sin)(

 

(2.7)
Khi đó tín hiệu ngõ ra cân bằng:
)().()( txtmtv
cout


tttttxtmtv
cout
)10.45.(2sin.)10.5(2sin
1
)10.45.3(2sin.)10.5(2sin
3
2
)10.45(2sin.)10.5(2sin2)().()(
33
3333






Vẽ phổ DSB:

Hình 2.14: Phổ của tín hiệu điều chế DSB

FM quảng bá stereo:

Hình 2.15: sơ đồ khối âm thanh Stereo
V
2

mc

pilot
FM
Chương 2: Điều chế tương tự

Tín hieäu truyeàn hình:

Hình 2.16: Phổ của tín hiệu truyền hình
2.5. Điều chế và giải điều chế góc FM-PM:
2.5.1 Định nghĩa điều chế FM-PM:
 Tín hiệu băng gốc:
tVtm
mm

cos)( 

 Tín hiệu sóng mang cao tần:
)cos()(
0

 tVtx
ccc
chưa điều chế.
c

tần số góc sóng mang.
0

pha ban đầu.
0
)(

)()(

(2.9)
f
f
c
75.0
c
f

5
c
f

f
c
+6.5
8MHz
hình
tieáng
Chương 2: Điều chế tương tự
Chương 2: Điều chế tương tự 2.5.2 Phổ FM (Frequency Modulation):
- Phổ tín hiệu điều chế (FM, PM) khi điều chế đơn âm giống nhay và được xác định:
 

Lưu ý:
1cos 

,

sin
với

rất nhỏ. (2.12)
* FM dải hẹp (NBFM: Narrow Band FM): m
f
<0.25
Vì m
f
<0.25 nên
25.0sin 

f
m

Chương 2: Điều chế tương tự

1)sincos( 

f
m
và

Vm
ttVm
mc
f
mc
f
cmf
)cos(
2
)cos(
2
sinsin


(2.14)
Biên tần dưới Biên tần trên
-Phổ băng tần hẹp FM: Hình 2.17: phổ băng tần hẹp FM
Nhận xét: phổ băng tần hẹp FM giống phổ AM.
Ứng dụng: dùng trong thông tin thoại FM với độ di tần (5-15)KHz.




với n=1, 2, 3, …
- Biên độ tỷ lệ với hệ số hàm Bessel loại 1 bậc n:

 









1
)()(0
)cos()1()cos(cos)(
n
mc
n
mcmncmFM
nnJtJVtv
ff

(2.15)
Trong đó: J
0
, J
n
: các hệ số hàm Bessel (tra bảng)

0.94
0.24
0.03
-
-
-
1.0
0.77
0.44
0.11
0.02
-
-
1.5
0.51
0.56
0.23
0.06
0.01
-
2.0
0.22
0.58
0.35
0.13
0.03
-
2.4
0
0.52

 
 
)4cos()4cos(01.0*2
)3cos()3cos(06.0*2
)2cos()2cos(23.0*2
)cos()cos(56.0*2)cos51.0(2)(
mcmc
mcmc
mcmc
mcmccFM
ttv









Vẽ phổ WBFM:

Hình 2.18: Phổ băng tần rộng FM với (m
f
=1.5)
- Công suất phổ biên cực đại: V
2
/2R
eq



0.46

0.46

0.12

0.12

0.02

0.02

c


mc



mc

2

mc

3

mc



Trong hình. Bên phải D là mạch giao động mà tần số được làm thay đổi. Bên trái D là
mạch phân cực và ghép tín hiệu s(t) vào doide D. Tụ C
2
có trị rất lớn so với trị của điện dung
Varicap, nên chỉ có tác dụng cách ly DC. RFC, cuộn chặn cao tần, ngừa tín hiệu dao động
ghép ngược lại nguồn phân cực. C
1
: tụ phân dòng.
Chương 2: Điều chế tương tự

Xem mạch điện hình 5.19. Nửa trên của máy biến thế L
1
và C
1
điều hợp tại f
a
. Nửa
dưới máy biến thế và C
2
điều hợp tại f
b
.
Mạch điện trên đây gọi là tách sóng độ dốc ( Slope Detector ) vì nó dùng đoạn dốc của
đặc tuyến mạch lọc để tách sóng.

Trong trường hợp s(t) hình sin trong trường hợp tổng quát độ dời tần tối đa tương tự
ký hiệu là Δf. Công thức tổng quát cho là:
BW ≈ 2( Δf + f
m

rất quan trọng mà dễ dàng thực hiện.
- Định nghĩa: điều chế PM là dạng điều chế pha trong đó tần số sóng mang cao tần khơng
đổi, chỉ có pha sóng mang cao tần biến đổi tỉ lệ với điều chế.
- Cơng thức:
 
 
)(cos)(cos)( ttVtmktVtv
cpcPM



Với
tfVtm
mm

2cos)( 
, ta được
)(t

:
tfVkt
mmp

2cos)( 
(2.18)
Trong đó: k
p
là hằng số [rad/s] gọi là độ nhạy điều chế (modulation sensitivity)
Vậy
mpp

>0.25: điều chế PM dải rộng (Wide –PM)
- PM dải rộng dựa vào ngõ ra PM dải hẹp đưa qua bộ nhân. Ý nghĩa bộ nhân làm tăng độ
dịch pha tạo PM dải rộng:
- Với chỉ số m
p
cho trước thì biên độ, cơng suất của điều chế PM và FM hồn tồn giống
nhau.
- Sự khác biệt giữa điều chế PM và FM có thể phân biệt khi tăng hoặc giảm tần số tín hiệu
điều chế F
m
, vì:
+ Đối với PM:
mPM
Fconstm 


+ Đối với FM:
m
m
c
FM
Fconst
F
f
m 



-
Bal-Mod


 tín hiệu có tần số f
c
thì D
1
, D
2
dẫn
 Nếu f
c
≠ f
i
mạch hoạt động như bộ đổi tần
 Mạch lọc RC chọn lọc lấy thành phần điện áp V
d
của phách hiệu (f
i
- f
c
)
 Khi khố pha (đồng bộ) f
i
=f
c
chỉ còn sự sai pha giữa hai tín hiệu f
i
và f
c
. Điện áp ra V
d

tỉ lệ với biên độ tín hiệu vào f
i
và độ sai pha
e
PM
input
f
i
D
1
D
2
T
1
V
d
f
c
R

R

C

C